高中物理教學(xué)中滲透美感教育探析
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1物理學(xué)科中“美感教育”的界定及意義
“美感教育”是指培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)美、愛好美和創(chuàng)造美的能力的教育，也稱美感教育或?qū)徝澜逃懊栏薪逃笔恰暗?、智、體、美、勞”教育的一個(gè)方面，也是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展、對(duì)學(xué)生實(shí)施素質(zhì)教育的不可或缺的一環(huán)．中國(guó)教育改革和發(fā)展綱要指出：“美感教育對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生健康的審美觀念和審美能力，陶冶高尚的道德情操，培養(yǎng)全面發(fā)展的人才，具有重要的作用”．著名學(xué)者王國(guó)維先生曾說過：“教育之中亦分三步：智育、德育（即意志）、美感教育（即情育）”．西南大學(xué)的趙伶俐認(rèn)為美感教育的定義是：“有目的、有計(jì)劃、有組織地通過各種美的事物，培養(yǎng)學(xué)生審美欣賞、審美表現(xiàn)、審美創(chuàng)造能力，同時(shí)也有助于他們‘德、智、體、美、勞’等身心素質(zhì)全面和諧發(fā)展的教育活動(dòng)”．結(jié)合對(duì)“美感教育”的理解及高中物理學(xué)科特點(diǎn)，高中物理教育、教學(xué)中滲透“美感教育”，既可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)美、欣賞美、創(chuàng)造美，又可培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，進(jìn)而學(xué)習(xí)感性物理的同時(shí)、感悟理性物理．引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的科學(xué)認(rèn)識(shí)，培育學(xué)生的科學(xué)思維，觸發(fā)學(xué)生高階思維的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的深度學(xué)習(xí)．因此，在物理學(xué)科教學(xué)中滲透“美感教育”是培育學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分．
2物理學(xué)科中“美”的內(nèi)涵
物理學(xué)科中蘊(yùn)含的“美”的內(nèi)涵是什么呢？筆者在文獻(xiàn)［3］中曾闡述物理文化中的“美”的體現(xiàn)．即如物理公式將物理問題與圖像有機(jī)聯(lián)系的抽象之美；如牛頓第二定律物理規(guī)律、原理可用簡(jiǎn)單的物理公式∑F＝ma表達(dá)的簡(jiǎn)約之美；如牛頓發(fā)現(xiàn)了牛頓三大定律與萬(wàn)有引力定律把天地運(yùn)動(dòng)規(guī)律和諧統(tǒng)一，麥克斯韋用SD·dS＝q0，SB·dS＝0，∮LE·dl＝－SBt·dS，∮LH·dl＝I0＋SDt·dS4個(gè)公式組成的麥克斯韋方程組把電學(xué)、磁學(xué)規(guī)律統(tǒng)一起來(lái)，并且成功把光學(xué)也納入電磁學(xué)的范疇體現(xiàn)在物理學(xué)的和諧之美；如物理學(xué)中存在圖像的對(duì)稱、公式的對(duì)稱、現(xiàn)象的對(duì)稱及思維的對(duì)稱等對(duì)稱之美；如用簡(jiǎn)潔物理公式表達(dá)生動(dòng)的物理意義，抽象的符號(hào)描述準(zhǔn)確的物理情景，是用較少的文字高效表述物理規(guī)律的體現(xiàn)．物理學(xué)科語(yǔ)言集聚抽象、簡(jiǎn)約及和諧之美．
3物理教學(xué)中滲透美感教育的案例舉隅
物理學(xué)科中富含“美感教育”的素材，有顯性的、也有隱形的，有具體的、也有抽象的，在物理學(xué)科中滲透美感教育是可行的．基于培育學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的需要，培養(yǎng)全面發(fā)展的學(xué)生形成關(guān)鍵能力和必備品格的需要，本文從感性美、理性美兩個(gè)角度闡述物理教學(xué)中滲透美感教育的案例．
3．1在物理教學(xué)中滲透感性美教育
心理學(xué)上認(rèn)為，感性是指感覺、知覺和表象等直觀形式的認(rèn)識(shí)．對(duì)感性美的教育主要是欣賞美的現(xiàn)象及對(duì)形成美的現(xiàn)象的解釋，從而陶冶學(xué)生的情操，同時(shí)對(duì)智育提供非智力因素的支持．案例1：“光的色散”教學(xué)片段設(shè)計(jì)．發(fā)現(xiàn)美：白光變成彩色的光．欣賞美：3張圖是在3種情況下形成彩色的光．解釋美：形成彩色光的物理原理解釋．圖1是白光通過雙縫時(shí)光的干涉現(xiàn)象形成的彩色光，用雙縫干涉的物理原理來(lái)解釋；圖2是白光通過單縫時(shí)光的衍射現(xiàn)象形成的彩色光，用單縫干涉的物理原理來(lái)解釋；圖3是白光通過三棱鏡時(shí)形成的色散現(xiàn)象，用光的折射原理來(lái)解釋．一樣的現(xiàn)象、不一樣的產(chǎn)生的機(jī)理，一樣的“美”．拓展美：霓、虹等現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)．觀察霓或虹的影片或圖片，激發(fā)學(xué)生思考，設(shè)問學(xué)生：圖4現(xiàn)象是光的干涉、衍射還是光的折射原理下形成的現(xiàn)象？學(xué)生可小組討論，形成正確的認(rèn)識(shí)，是光的折射原理下形成的現(xiàn)象；把自然現(xiàn)象抽象成物理現(xiàn)象，太陽(yáng)光照到空氣中的小水珠，光在水珠中發(fā)生折射與發(fā)射，一定條件下能產(chǎn)生霓或虹．教師光路分析，正確解釋霓或虹的物理原理．學(xué)生在發(fā)現(xiàn)美、解釋美及拓展美中，愉快學(xué)習(xí)新知識(shí)．通過在物理教學(xué)中滲透“美感教育”，以“美”為手段，激發(fā)了學(xué)生審美熱情和學(xué)習(xí)物理的興趣，做到“以美激趣”、“以美啟思”、“以美生智”和“以美怡情”．案例2：平拋運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段設(shè)計(jì)．欣賞美：平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡是優(yōu)美的曲線．演示如圖5平拋運(yùn)動(dòng)，小球畫出一條優(yōu)美的曲線．方法美：運(yùn)動(dòng)的分解是研究曲線運(yùn)動(dòng)的首選方法．平拋運(yùn)動(dòng)是勻變速曲線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡是拋物線的一支．研究曲線運(yùn)動(dòng)首選方法是運(yùn)動(dòng)的分解，研究平拋運(yùn)動(dòng)也應(yīng)該考慮將這一曲線運(yùn)動(dòng)如何分解，為了合理進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分解，需要從實(shí)驗(yàn)和理論兩個(gè)方面尋找依據(jù)．對(duì)比美：找到平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分解的依據(jù)．依次演示如圖6、如圖7兩種情況，由圖6可得出平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上與自由落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致，即初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)；由圖7可得出平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上與勻速直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)一致，即水平方向上是勻速直線運(yùn)動(dòng)．分析美：化未知運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為已知運(yùn)動(dòng)．結(jié)合平拋運(yùn)動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)上找到平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)的依據(jù)，完美地將未知的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為已知的運(yùn)動(dòng)，方法上將不會(huì)處理的問題轉(zhuǎn)為會(huì)處理的問題．這樣美的體現(xiàn)還很多，例如，研究勻速前進(jìn)汽車輪子上的一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，此軌跡曲線為“旋輪線”是非常復(fù)雜的曲線．但可以將輪子上的一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分解為水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)與繞軸的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合成，也是將未知運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為已知運(yùn)動(dòng)的完美體現(xiàn)．本教學(xué)片段案例培育學(xué)生對(duì)物理學(xué)科中美的欣賞、美的發(fā)現(xiàn)及美的體驗(yàn)，滲透對(duì)學(xué)生美感教育．物理滲透美感教育可對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣、理念和方法有促進(jìn)與補(bǔ)充作用．
3．2在物理教學(xué)中滲透理性美教育
心理學(xué)上認(rèn)為，理性指屬于概念、判斷和推理階段的認(rèn)識(shí)．理性美是指人們?cè)谔剿鳌⑺伎?、學(xué)習(xí)某種知識(shí)、理論、觀點(diǎn)的過程中，這些知識(shí)、理論、觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式和主體已有的知識(shí)、理論、觀點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式相符合時(shí)產(chǎn)生的情感體驗(yàn)．理性美的教育，著重在發(fā)現(xiàn)美，并且通過概念、判斷和推理對(duì)人產(chǎn)生美的感受，進(jìn)而形成理性的認(rèn)知與理性的行為．案例3：圖像法解題的教學(xué)片段設(shè)計(jì)．圖像涉及高中物理學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，培養(yǎng)認(rèn)識(shí)圖像，應(yīng)用圖像是物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育的重要抓手．圖像法是高中物理中解題的重要的方法，涉及高中物理學(xué)科的各個(gè)模塊，圖像法往往給高中物理解題帶來(lái)“巧”、“妙”的“美感”，以下為圖像法解題的教學(xué)片段．圖8體會(huì)“美”：數(shù)形結(jié)合是一種思想方法．例1．物體A、B、C均靜止在同一水平面上，它們的質(zhì)量分別為mA、mB、mC，與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為μA、μB、μC，用水平拉力F分別拉物體A、B、C，物體A、B、C的加速度a與拉力F的關(guān)系分別如圖8中圖線甲、乙、丙所示，則以下說法正確的是（A）μA＝μB，mA＜mB．（B）μB＜μC，mB＝mC．（C）μB＝μC，mB＞mC．（D）μA＜μC，mA＜mC．解析：本題給定的圖像是aF圖像；給定物理情景，即物體在水平拉力的作用在水平面滑行．由牛頓第二定律得F－μmg＝ma，得a＝Fm－μg，此式為aF圖像的函數(shù)式．從斜率1m可以比較各物體質(zhì)量的大小，從縱坐標(biāo)的截距－μg可比較各物體與水平面的動(dòng)摩擦因數(shù)的大小．本題應(yīng)選（A）、（B）、（D）．“數(shù)形結(jié)合”的思想方法是高中物理的重要思想方法之一．“數(shù)形結(jié)合”中的數(shù)是指函數(shù)表達(dá)式，即物理原理或規(guī)律用數(shù)學(xué)中的函數(shù)式來(lái)表達(dá)，形即是圖形．“數(shù)形結(jié)合”連接物理問題、物理原理或規(guī)律、數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式及圖形，因此，“數(shù)形結(jié)合”的思想方法對(duì)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力要求較高，屬于高階思維方法要求的范疇．感受“美”：經(jīng)典故事體會(huì)看圖識(shí)信息．圖9例2．經(jīng)典的龜兔賽跑故事中，動(dòng)作敏捷的兔子輸給了行動(dòng)遲緩的烏龜．如圖9所示，為“龜兔賽跑”的位移時(shí)間圖像，請(qǐng)看圖回答下列問題：（1）哪條圖線表示烏龜?shù)倪\(yùn)動(dòng)？哪條圖線表示兔子的運(yùn)動(dòng)？（2）兔子什么時(shí)候、什么地方開始睡覺？（3）兔子睡了多長(zhǎng)時(shí)間？（4）在什么時(shí)候?yàn)觚斉肋^兔子身邊？（5）兔子醒來(lái)時(shí)烏龜在什么地方？（6）兔子比烏龜晚多長(zhǎng)時(shí)間到達(dá)終點(diǎn)？解析：（1）由題意知，圖線OBCE表示烏龜?shù)倪\(yùn)動(dòng)；圖線OABDF表示兔子的運(yùn)動(dòng)．（2）兔子從t1時(shí)刻開始睡覺，距出發(fā)點(diǎn)的距離是s1的位置．（3）兔子從t1時(shí)刻睡到t3時(shí)刻，所以兔子睡覺時(shí)間為t3－t1．（4）在t2時(shí)刻烏龜爬過兔子身邊．（5）兔子醒來(lái)時(shí)烏龜在距原點(diǎn)距離為s2的位置．（6）兔子比烏龜晚t5－t4的時(shí)間到達(dá)終點(diǎn)．通過本例中如圖9所示的位移時(shí)間圖像，感受到對(duì)于沒有物理學(xué)科素養(yǎng)的人來(lái)說，完全不知道是什么意思，更別談富含什么信息．對(duì)于具備高中物理學(xué)科素養(yǎng)的人來(lái)說，能用簡(jiǎn)潔的圖顯示豐富的顯性信息，并且從圖的顯性信息中挖掘更多的潛在信息．物理圖像用簡(jiǎn)潔的圖，表述豐富的信息是一種獨(dú)特的美．感悟“美”．借用速率時(shí)間圖像突破難點(diǎn)．圖10例3．一個(gè)固定在水平面上的光滑物塊，其左側(cè)面是斜面AB，右側(cè)面是曲面AC，如圖10所示．已知AB和AC的長(zhǎng)度相同．兩個(gè)小球p、q同時(shí)從A點(diǎn)分別沿AB和AC由靜止開始下滑，比較它們到達(dá)水平面所用的時(shí)間（A）p小球先到．（B）q小球先到．（C）兩小球同時(shí)到．（D）無(wú)法確定．解析：根據(jù)能量關(guān)系可知兩個(gè)圖11小球p、q到達(dá)水平面的B、C兩點(diǎn)速率相等，設(shè)為v1；畫出如圖11所示速率時(shí)間圖像，其中圖線與時(shí)間軸圍成的“面積”為路程；題中已知兩者的路程相等即可比較得出q小球所用時(shí)間較少，即q小球先到達(dá)水平面．本題應(yīng)選（B）．本題中，光滑物塊在斜面或者曲面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用能量關(guān)系來(lái)比較速率大小，但對(duì)于兩小球在斜面或者曲面上運(yùn)動(dòng)時(shí)間的比較，常規(guī)的方法遇到困難．然而，本題用速率時(shí)間圖像，可非常直觀描述光滑物塊在斜面或者曲面上運(yùn)動(dòng)，并且直觀比較兩者所用時(shí)間的長(zhǎng)短．可謂，變不會(huì)解決的問題為會(huì)解決的問題，巧妙突破解題難點(diǎn)．速率時(shí)間圖像此時(shí)的作用，也是物理方法的魅力，體會(huì)物理圖像之美的同時(shí)，更是感悟到物理方法之美．
4結(jié)語(yǔ)
物理學(xué)科中富含“美”的素材，在物理教學(xué)中滲透美感教育，既可單一的滲透感性美教育，又可單一滲透理性美教育，也可兩者相互協(xié)同一起滲透．物理的美不僅包含現(xiàn)象美、圖形美等感性之美，又包含是簡(jiǎn)潔、統(tǒng)一等的理性之美，在物理教學(xué)中滲透美感教育是素質(zhì)教育下培育學(xué)生“德、智、體、美、勞”全面發(fā)展的需要；也是對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)培育的需要；更是觸發(fā)學(xué)生高階思維、實(shí)現(xiàn)物理深度學(xué)習(xí)的需要．
作者:沈祖榮 單位:江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué)